Пригодные для дыхания атмосферы планет встречаются в космосе чаще, чем считалось

Возможное существование обитаемых экзопланет занимает умы человечества на протяжении более чем ста лет. Однако до настоящего времени мы так и не смогли обнаружить ни одной обитаемой планеты, а тем временем новые исследования снова и снова продолжают представлять факты, снижающие шансы иных планет на возможную обитаемость. Одним из важнейших факторов потенциальной обитаемости является наличие в атмосфере планеты кислорода, пригодного для дыхания. Но каким образом в атмосферах экзопланетах может происходить накопление кислорода?

Для ответа на этот вопрос стоит внимательнее взглянуть на эволюцию атмосферы Земли. Согласно современным представлениям, повышение концентрации кислорода в атмосфере планеты происходило в три этапа, начинаясь с события, известного как «кислородная катастрофа» (2,4 миллиарда лет назад), за которым последовали аналогичные события в неопротерозое (800 миллионов лет назад) и палеозое (400 миллионов лет назад), после чего в атмосфере был достигнут современный уровень содержания кислорода, составляющий 21 процент.

Такое скачкообразное обогащение атмосферы Земли кислородом могло быть связано, например, с распространением фотосинтезирующих наземных растений или с гигантскими вулканическими извержениями. Таким образом, этот сценарий связывает увеличение концентрации кислорода со случайными событиями. Если бы вдруг не произошел выход на сушу определенного вида фотосинтезирующих растений или не произошло бы извержений конкретных вулканов, кислород в атмосфере мог бы не появиться.

В противовес этой точке зрения новая численная модель, построенная учеными во главе с Льюисом Олкоттом (Lewis J. Alcott), показывает, что с учетом циклов углерода, кислорода и фосфора на Земле повышение концентрации кислорода может быть объяснено внутренней динамикой планеты и не требует «чудесных» событий.

Например, изучение цикла фосфора помогло команде определить его связь с содержанием кислорода в атмосфере. Фосфор играет большую роль в жизнедеятельности океанических водорослей. Количество фосфора в океане сегодня определяет количество кислорода в атмосфере – и такая же ситуация имела место и ранее в истории Земли, считают авторы работы.

Для фотосинтеза растениям в океане необходим фосфор, однако при высоком уровне фосфатов увеличивается потребление кислорода на больших глубинах в результате процесса эвтрофикации. Когда фотосинтезирующие организмы умирают, они разлагаются, также потребляя кислород из воды. При падении уровня кислорода из осажденного на дне материала выделяется дополнительное количество фосфора. В результате этой петли обратной связи кислород быстро исчезает. Это означает, что уровень кислорода мог упасть в атмосфере Земли стремительно, однако на самом деле падал медленно из-за другого процесса, связанного с мантией Земли.

На протяжении всей истории Земли имела место вулканическая активность, которая постепенно сокращалась из-за остывания мантии, и, согласно компьютерной модели Олкотта и его коллег, именно этот фактор мог обусловить постепенное накопление в атмосфере Земли кислорода.

Исследование опубликовано в журнале Science.